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出版者:

作者:徐士良

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2002-2-1

价格:27.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302051657

丛书系列:

图书标签:

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《现代材料科学与工程基础》 书籍简介 本书旨在系统、全面地介绍现代材料科学与工程领域的基础理论、核心概念以及前沿发展趋势。内容覆盖材料的结构、性能、制备与应用等多个关键维度，力求为读者构建一个扎实且深入的材料学知识体系。 第一部分：材料科学的基石——原子结构与晶体缺陷 本部分是理解材料宏观性能的微观基础。我们首先从原子尺度深入探讨了化学键的本质，包括离子键、共价键、金属键和范德华力，分析不同键合类型如何决定材料的内聚能、熔点和电学特性。重点阐述了电子结构理论，特别是能带理论，如何解释导体、半导体和绝缘体的区分，以及掺杂对半导体性能的调控机制。 随后，本书详尽讨论了晶体结构。内容包括晶体学的基本概念，如晶胞、晶带、密堆积等，并详细分析了体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方最密堆积（HCP）等常见金属晶体结构及其对塑性的影响。在此基础上，我们深入剖析了晶体缺陷的分类与重要性。从零维缺陷（点缺陷，如空位、间隙原子、取代原子）到二维缺陷（晶界、层错）再到线缺陷（位错），我们不仅描述了它们的几何特征，更重要的是，量化了它们在材料加工（如塑性变形）和性能（如强度、导电性）中扮演的关键角色。位错理论的深入讲解，特别是位错的运动机制和交滑移，是理解金属加工硬化的核心。 第二部分：热力学、动力学与相变 材料的稳定性和演变过程由热力学和动力学共同支配。本章聚焦于材料热力学，讲解吉布斯自由能、化学势等核心概念，并结合相图（如二元相图）来预测材料在不同温度、压力和成分下的平衡状态。特别强调了热力学驱动力在相变过程中的作用。 在动力学方面，本书着重阐述了原子扩散机制。详细介绍了菲克第一定律和第二定律，并探讨了扩散系数对温度的依赖性（阿伦尼乌斯关系）。扩散过程是材料热处理和许多化学反应的基础，因此我们对晶界扩散、体积扩散的差异进行了细致对比。 相变理论是材料科学的灵魂。内容覆盖了形核与长大理论，特别是区分了一级相变（如熔化、凝固）和二级相变（如顺磁到铁磁转变）。我们通过实例分析了合金的固溶处理、时效析出等热处理过程中的微观组织演变，解释了如何通过控制冷却速率来获得所需显微组织（如珠光体、贝氏体、马氏体）。 第三部分：结构对性能的影响——机械、电学与磁学性能 本部分直接将微观结构与宏观性能联系起来。 机械性能是材料工程应用中最受关注的方面。我们详细讲解了应力、应变、弹性模量、屈服强度和断裂韧性等基本参数。塑性变形的机制主要围绕位错的运动展开，包括加工硬化、晶间滑移和层错效应对材料强度的影响。断裂行为的分析涵盖了韧性断裂和脆性断裂的特征，并引入了断裂力学的基本概念，如应力强度因子和断裂韧性指标 $K_{IC}$。疲劳和蠕变作为重要的高温/动态失效模式，也被系统性地介绍，重点分析了疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂过程。 电学性能部分，侧重于导体、半导体和绝缘体的电导率、载流子浓度和迁移率。对于半导体，深入探讨了本征半导体与外在半导体（N型和P型）的物理特性，以及PN结的形成与特性。对于电介质材料，分析了介电常数、极化机制以及电介质击穿现象。 磁学性能部分，介绍了磁性材料的分类（抗磁、顺磁、铁磁、反铁磁）。重点阐述了铁磁性的起源（交换作用）和磁畴理论，分析了磁滞回线（矫顽力、剩磁）的物理意义，并讨论了永磁材料和软磁材料的应用设计原理。 第四部分：材料的制备与加工 本章关注如何将基础材料转化为具有特定形状和性能的工程构件。 金属材料的制备涵盖了熔炼技术（如真空感应熔炼）、铸造（砂型、精密铸造）的基本原理。针对塑性加工，细致介绍了轧制、锻造、挤压和拉拔等主要的变形工艺，并讨论了这些工艺对材料内部组织（如晶粒细化、纤维组织形成）和最终性能的不可逆影响。 陶瓷材料的制备强调了粉体制备（共沉淀、溶胶-凝胶法）和成型工艺（干压、流延），以及高致密化过程——烧结。烧结过程中晶粒长大和孔隙率的演变是核心难点。 高分子材料的合成方法（聚合反应）和加工技术（注塑、挤出、吹塑）是本节的重点，并探讨了交联度和分子量对高分子材料力学性能的决定性作用。 第五部分：先进材料导览 最后，本书对当前快速发展的几个关键材料领域进行了前瞻性的介绍。这包括复合材料（如纤维增强与基体界面作用）、纳米材料（量子尺寸效应与表面能）、智能材料（形状记忆合金、压电材料）以及生物医用材料的选择原则与表面生物相容性研究。这部分内容旨在拓宽读者的视野，激发对未来材料研究的兴趣。 本书结构严谨，理论与实际应用紧密结合，配备了大量的图表和经典算例，适合作为材料科学与工程专业本科生、高年级跨专业选修本课程的教材，也可作为相关领域工程技术人员和科研人员的参考用书。它为读者提供了进入材料世界核心领域的坚实跳板。

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